Узел качания камеры жидкостного ракетного двигателя с дожиганием генераторного газа Российский патент 2019 года по МПК F02K9/66 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и касается выполнения узла качания камеры жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) с дожиганием генераторного газа.

При эксплуатации современных ракет-носителей (РН) регулярно возникает потребность повышения энергетических характеристик ЖРД для увеличения массы выводимого полезного груза (ПГ). Для этого проводится модернизация практически всех агрегатов и узлов ЖРД, направленная на повышение удельного импульса, тяги, снижение массы, увеличение надежности и других характеристик.

Предлагаемое техническое решение направлено на модернизацию узла качания камеры ЖРД серийно изготавливаемых двигателей РД-191, РД-180 и РД-171.

Предшествующий уровень техники

Известен узел качания камеры ЖРД (патент RU №2159352, МПК F02K 9/66, 2000 г.), содержащий сильфонный компенсатор, включающий в себя сильфон, один конец которого соединен через опорное кольцо с корпусом газовода, а другой конец сильфона соединен через фланец с фланцем оболочки корпуса камеры сгорания, причем сильфон снаружи снабжен силовыми кольцами, вставленными во впадины гофров, а с внутренней стороны сильфона выполнены два тонкостенных металлических экрана, консольно прикрепленных к опорным кольцам, причем свободные концы экранов вставлены друг в друга с радиальным зазором, при этом с наружной стороны сильфона установлен кардан, содержащий кольцо, в которое вставлены сферические подшипники скольжения и втулки, образующие две поворотные оси, на которых вращаются вилки, концевые участки которых прикреплены к опорным кольцам. (Прототип).

К ограничениям прототипа относится прежде всего наличие громоздкого фланцевого соединения узла качания с оболочкой корпуса камеры сгорания. Между фланцами этого соединения находятся двухбарьерная металлическая прокладка с двумя тонкостенными усами и коническая прокладка с серебряным покрытием. Кроме того, соединение вилок кардана с опорными кольцами сильфона выполнено также с помощью фланцев.

Такое техническое решение имеет высокие массовые характеристики, что приводит к использованию рулевых приводов повышенной мощности.

Задачей изобретение является упрощение конструкции стыка между узлом качания и корпусом камеры сгорания, уменьшение массы качающихся масс, улучшение технологии изготовления отдельных элементов конструкции узла качания.

Раскрытие изобретения

Эта задача решена за счет того, что узел качания камеры жидкостного ракетного двигателя с дожиганием генераторного газа содержит сильфонный компенсатор, состоящий из сильфона с опорными кольцами, при этом одно из колец соединено с корпусом газовода, а другое кольцо соединено с оболочкой корпуса камеры сгорания, причем сильфон снаружи снабжен силовыми кольцами, вставленными во впадины гофров, а с внутренней стороны сильфона выполнены два тонкостенных металлических экрана, консольно прикрепленных к опорным кольцам, причем свободные концы экранов вставлены друг в друга с радиальным зазором, при этом с наружной стороны сильфона установлен кардан, содержащий кольцо, в которое вставлены сферические подшипники скольжения и втулки, образующие две поворотные оси, на которых вращаются вилки, концевые участки которых прикреплены к опорным кольцам, причем вилки кардана и опорные кольца сильфона узла качания выполнены цельнолитыми из стали ВНС-25, а стык узла качания с оболочкой корпуса камеры сгорания включает в себя сварной шов на внешней поверхности соединяемых оболочек, замковое соединение, выполненное на внутренней поверхности соединяемых оболочек и кольцевую полость между ними, при этом в одной из деталей замка выполнены радиальные отверстия, соединяющие кольцевую полость с внутренним объемом камеры сгорания, который соединен с системой защитного газа.

Другим отличием является:

- замковое соединение включает кольцевой выступ, выполненный в торце корпуса камеры, и проточку, выполненную в опорном кольце сильфона, при этом при сборке оболочек кольцевой выступ входит по скользящей посадке в проточку.

Технический результат состоит в облегчении работы рулевых приводов за счет уменьшения массы на 50 кг качающихся масс.

Перечень чертежей

На Фиг. приведен фрагмент продольного сечения стыка между опорным кольцом и корпусом камеры-прототипа.

На Фиг. 1 приведено продольное сечение узла качания и стык соединения опорного кольца с камерой.

На Фиг. 2 приведен фрагмент I увеличенного сечения стыка опорного кольца с камерой.

Описание изобретения

Узел качания камеры ЖРД (Фиг. 1) содержит сильфонный компенсатор 1, состоящий из сильфона 2 с опорными кольцами 3 и 4. Кольцо 3 соединено с оболочкой корпуса газовода 5. Кольцо 4 соединено с оболочкой 6 корпуса камеры сгорания. Сильфон 2 снаружи снабжен силовыми кольцами 7, вставленными во впадины гофров 8. С внутренней стороны сильфона 2 выполнены два тонкостенных металлических экрана 9 и 10, консольно прикрепленных к опорным кольцам 3 и 4. Свободные концы экранов вставлены друг в друга с радиальным зазором h. С наружной стороны сильфона 2 установлен кардан 11, содержащий кольцо 12, в которое вставлены сферические подшипники скольжения 13 и втулки 14, образующие две поворотные оси, на которых вращаются вилки 15. Концевые участки вилок прикреплены к опорным кольцам 3 и 4. Вилки кардана и опорные кольца сильфона узла качания выполнены цельнолитыми из стали ВНС-25. Стык узла качания с оболочкой 6 корпуса камеры сгорания (Фиг. 2, фрагмент 1) включает в себя сварной шов 16, замковое соединение, которое включает в себя кольцевой выступ 17, выполненный в торце корпуса камеры сгорания, проточку 18, выполненную в опорном кольце 4 сильфона 2, и кольцевую полость 19 между ними. При этом кольцевая полость 19 через радиальные отверстия 20 соединена с внутренним объемом 21 камеры сгорания, который при сварке соединяется с системой защитного газа (не показано).

Выполнение вилок узла качания с опорными кольцами цельнолитыми из стали ВНС-25, а также выполнение стыка узла качания с оболочкой корпуса камеры сгорания в виде сварного шва, расположенного на внешней поверхности соединяемых оболочек, и замкового соединения, выполненного на внутренней поверхности соединяемых оболочек, и кольцевой полости между ними, которая через радиальные отверстия соединена с внутренним объемом камеры сгорания, позволяет снизить массу качающихся масс на 50 кг, упростить конструкцию камеры и облегчить работу рулевых приводов.

Работа устройства

При работе двигателя генераторный газ с избытком окислителя с выхода турбины поступает в газовод, узел качания и далее в смесительную головку камеры сгорания. В камере сгорания происходит полное сгорание горючего в генераторном газе, имеющем большой избыток окислителя. Образовавшиеся продукты сгорания истекают из сверхзвукового сопла, создавая тягу двигателя.

При необходимости отклонения камеры от номинального углового положения срабатывают рулевые приводы (не показаны) и камера отклоняется вокруг центра узла качания.

Промышленное применение

Наиболее успешно предлагаемое изобретение найдет в ЖРД с дожиганием генераторного газа больших тяг.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и касается выполнения узла качания камеры жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) с дожиганием генераторного газа. Узел качания камеры жидкостного ракетного двигателя с дожиганием генераторного газа содержит сильфонный компенсатор, состоящий из сильфона с опорными кольцами, при этом одно из колец соединено с корпусом газовода, а другое кольцо соединено с оболочкой корпуса камеры сгорания, причем сильфон снаружи снабжен силовыми кольцами, вставленными во впадины гофров, а с внутренней стороны сильфона выполнены два тонкостенных металлических экрана, консольно прикрепленных к опорным кольцам, причем свободные концы экранов вставлены друг в друга с радиальным зазором, при этом с наружной стороны сильфона установлен кардан, содержащий кольцо, в которое вставлены сферические подшипники скольжения и втулки, образующие две поворотные оси, на которых вращаются вилки, концевые участки которых прикреплены к опорным кольцам, причем вилки кардана и опорные кольца сильфона узла качания выполнены цельнолитыми из стали ВНС-25, а стык узла качания с оболочкой корпуса камеры сгорания включает в себя сварной шов на внешней поверхности соединяемых оболочек, замковое соединение, выполненное на внутренней поверхности соединяемых оболочек, и кольцевую полость между ними, при этом в одной из деталей замка выполнены радиальные отверстия, соединяющие кольцевую полость с внутренним объемом камеры сгорания, который соединен с системой защитного газа. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции стыка между узлом качания и корпусом камеры сгорания, уменьшение массы качающихся конструкций. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Узел качания камеры жидкостного ракетного двигателя с дожиганием генераторного газа содержит сильфонный компенсатор, состоящий из сильфона с опорными кольцами, при этом одно из колец соединено с корпусом газовода, а другое кольцо соединено с оболочкой корпуса камеры сгорания, причем сильфон снаружи снабжен силовыми кольцами, вставленными во впадины гофров, а с внутренней стороны сильфона выполнены два тонкостенных металлических экрана, консольно прикрепленных к опорным кольцам, причем свободные концы экранов вставлены друг в друга с радиальным зазором, при этом с наружной стороны сильфона установлен кардан, содержащий кольцо, в которое вставлены сферические подшипники скольжения и втулки, образующие две поворотные оси, на которых вращаются вилки, концевые участки которых прикреплены к опорным кольцам, отличающийся тем, что вилки кардана и опорные кольца сильфона узла качания выполнены цельнолитыми из стали ВНС-25, а стык узла качания с оболочкой корпуса камеры сгорания включает в себя сварной шов на внешней поверхности соединяемых оболочек, замковое соединение, выполненное на внутренней поверхности соединяемых оболочек, и кольцевую полость между ними, при этом в одной из деталей замка выполнены радиальные отверстия, соединяющие кольцевую полость с внутренним объемом камеры сгорания, который соединен с системой защитного газа.

2. Узел качания по п. 1, отличающийся тем, что замковое соединение включает кольцевой выступ, выполненный в торце корпуса камеры, и проточку, выполненную в опорном кольце сильфона, при этом при сборке оболочек кольцевой выступ входит по скользящей посадке в проточку.